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WO2020186368A1 - Nanoburbujas de 1-metilciclopropeno modificado (1-mcp) - Google Patents

Nanoburbujas de 1-metilciclopropeno modificado (1-mcp) Download PDF

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Publication number
WO2020186368A1
WO2020186368A1 PCT/CL2020/050019 CL2020050019W WO2020186368A1 WO 2020186368 A1 WO2020186368 A1 WO 2020186368A1 CL 2020050019 W CL2020050019 W CL 2020050019W WO 2020186368 A1 WO2020186368 A1 WO 2020186368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mcp
nanobubbles
ethylene
modified
nanobubble
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CL2020/050019
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marlene ARISMENDI-MACUER
Patricio JARPA
Danilo GONZALEZ
Reinaldo CAMPOS VARGAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANOTEC SA
Original Assignee
NANOTEC SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANOTEC SA filed Critical NANOTEC SA
Priority to BR112021018349A priority Critical patent/BR112021018349A2/pt
Publication of WO2020186368A1 publication Critical patent/WO2020186368A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
    • A23B7/00—Preservation of fruit or vegetables; Chemical ripening of fruit or vegetables
    • A23B7/14—Preserving or ripening with chemicals not covered by group A23B7/08 or A23B7/10
    • A23B7/153—Preserving or ripening with chemicals not covered by group A23B7/08 or A23B7/10 in the form of liquids or solids
    • A23B7/154—Organic compounds; Microorganisms; Enzymes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
    • A23B7/00—Preservation of fruit or vegetables; Chemical ripening of fruit or vegetables
    • A23B7/16—Coating with a protective layer; Compositions or apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present invention refers to the generation of modified 1-methylcyclopropene (1-MCP) nanobubbles that present a high degree of stability in aqueous solution and that allow to inhibit the action of ethylene in different biological processes, such as fruit ripening, inhibition of processes associated with senescence and loss of chlorophyll in plant organs under stress conditions. In addition, they can reduce the action of ethylene in the metabolism of plants, making it less susceptible to water stress, stress due to low temperature, stress due to soil conditions, among others.
  • 1-MCP 1-methylcyclopropene
  • Ethylene is a compound with a simple chemical structure, an unsaturated hydrocarbon that contains only 2 carbons and a double bond that unites them and, which is present in plants, influencing the ripening and falling of fruits, through the regulation of various bio- processes and senescence (Zacar ⁇ as, 1993 “Ethylene”; Faust, 1989 “Physiology of temperate zones trees”). Its gaseous nature gives it special characteristics, unique among the different phyto-regulators (Becerra, 2005 “Evaluation of 1-mcp (1 -methyclicopropen), as an ethylene inhibitor in the ripening ofkiwi fruits ”).
  • Ethylene has two roles in the post-harvest, on the one hand, it causes the fruits to acquire optimal organoleptic characteristics for consumption, but it is also responsible for the senescence of the tissues, generating unfavorable effects on their quality (Bapat et al. , 2010 "Ripening of fleshy fruit: Molecular insight and the role of ethylene”). Ethylene also participates in the fall of flowers that is directly related to the fruit set. Likewise, ethylene is a plant hormone that participates in multiple processes in response to various types of stress (mechanical damage, drought, flood, diseases, pests), senescence, flowering in some plants, induction of root hairs, root elongation, synthesis of pigments and aromas, and degradation of chlorophyll.
  • Inhibition of the action of ethylene can produce beneficial effects, for example, in the transport and storage of fruits.
  • beneficial effects of inhibiting the action of ethylene the delay in the fruit ripening process, inhibition of processes associated with senescence and loss of chlorophyll in plant organs, under stress conditions, the reduction of the action of ethylene in the metabolism of a plant, making it less susceptible to water stress, stress due to low temperature, stress due to soil conditions.
  • Ethylene is also directly associated with any type of stress that plants may have, therefore, tools that inhibit hormones or ethylene in the different mentioned stress processes. previously, they would generate considerable changes in pre and post harvest, for example, of fruits.
  • Chemical ripening retardants can be classified into ethylene synthesis inhibitors, which include products such as amino ethoxy-vinyl glycine (AVG) and amino oxyacetic acid (AOA); inhibitors of ethylene signaling (action), such as 1-methylcyclopropene (1 -MCP) and silver salts (silver nitrate and thiosulfate) (Serek et al., 2006 “Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level”), among others.
  • Another group of retardants are ethylene oxidants, with KMnÜ4 potassium permanganate being the most important product (Wills and Warton, 2004 “Efficacy of potassium permanganate impregnated into alumina beads to reduce atmospheric ethylene”).
  • 1-Methylcyclopropene (1-methylcyclopropene) is a plant synthesis regulator that acts as an inhibitor of the action of ethylene.
  • 1-MCP C4H6
  • 1-MCP C4H6
  • a cyclic olefin at standard temperature and pressure it is a gas with a molecular weight of 54 g / mol (Blankenship and Dole, 2003 ⁇ -Methylcyclopropene: A Review. Postharvest Biology and Technology ”).
  • 1 -MCP occupies ethylene receptors irreversibly, blocking the signal transduction cascade that leads to the expression of genes related to the response to ethylene (In et al., 2013 “-MCP occupies ethylene receptors irreversibly, blocking the signal transduction Cascade that leads to the expression of genes related to the response to ethylene ”).
  • the affinity of 1 -MCP for receptors is ten times greater than that of ethylene and acts at lower concentrations, it also regulates ethylene biosynthesis through the inhibition of a self-catalytic process (Blankenship and Dole, 2003 “1 - Methylcyclopropene : A Review. Postharvest Biology and Technology ”).
  • the compound is non-toxic, odorless, stable at room temperature, in addition, it is easy to apply and highly effective in protecting many agricultural species from the action of ethylene, including fruits, vegetables, cut flowers and potted plants (Serek et al. ., 2006 "Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level”; Watkings, 2006 “The use of 1 -methylcyclopropene (1 - MCP) on fruits and vegetables”; Huber, 2008 "The use of 1 - methylcyclopropene (1 - MCP ) on fruits and vegetables ”).
  • the concentration of 1 -MCP necessary to block the action of ethylene varies according to the species, culture, state of maturation, capacity for the production of new receptors, exposure time and temperature (Watkins, 2006 “The use of 1 -methylcyclopropene ( 1- MCP) on fruits and vegetables ”).
  • Optimal doses vary between species, but Blankenship and Dole (2003) “Methylcyclopropene: A Review. Postharvest Biology and Technology ”report different concentrations and temperatures for the application of 1 -MCP, which can be found between 0.1 to 100 pL L _1 at 20 - 25 ° C for 6 to 24 h.
  • the recommended concentration for products for commercial use is between 0.6 to 2.0 pL L _1 (according to product label).
  • the present application proposes the generation of modified 1-MCP nanobubbles, which show a high degree of stability in aqueous solution and make it possible to inhibit the action of ethylene in different biological processes.
  • Bubbles are air or gas-filled cavities within a liquid.
  • bubbles In liquid, bubbles have internal equilibrium pressures, at least those found in the environment. Each bubble is surrounded by an interface that has different properties than the global solution. For example, surfactants can stabilize bubbles of all sizes, but bubbles they can also form without them. Large bubbles (> 100 pm in diameter) increase in size rapidly (> 6 mm s _1 ) and rise directly to the surface where they collapse and, consequently, disintegrate the air or gas contained in them.
  • Microbubbles (1 pm - 100 pm in diameter), provide a higher surface area per unit volume than larger bubbles commonly seen due to their smaller size, they can be produced by numerous methods and have been used for solubilization of sludge, water purification, sewage treatment, drug administration and as a contrast agent together with ultrasound. Microbubbles are not stable for long periods ( ⁇ minutes), they rise slowly (10 -3 - 10 mm x s _1 ) and indirectly to the surface where they collapse, but the smallest ⁇ 20 pm in diameter) contract to form more stable and effective nanobubbles.
  • Nanobubbles are normally present in lower amounts in aqueous solutions.
  • the presence of cavitation nuclei is necessary in pure water, the formation of the nuclei allows the presence of air nanobubbles in the water, particularly when this water does not contain foreign microparticles and the container lacks wall defects (http: // www1.lsbu.ac.uk/water/nanobubble.html).
  • Nanobubbles are generally recognized in the current scientific literature as those gaseous cavities with diameters less than one micron. Such cavities (bubbles) are often more than 100 nm in diameter, but the term 'nano' mainly applies to particles of smaller diameter ( ⁇ 100 nm, ISO / TS 27687: 2008).
  • the surface area of a volume of bubbles is inversely proportional to the diameter of the bubble.
  • 1 ml of bubbles with a radius of 100 nm (2 x 1,015 bubbles) has 1,000 times more surface area (60 m 2 ) than 1 ml of bubbles of
  • Nanobubbles are extremely small bubbles (nanometric 10 -9 m) that are submerged and stabilized in water. It should be borne in mind that, in recent years, nanobubbles have been the focus of much attention in various fields of research due to their astonishing effects and, because the reason why they are so stable is still under discussion, challenging several basic principles. of gas thermodynamics.
  • US 2017 202775 discloses a solution of free gas nanobubbles mixed with a lipid material to be used in contrast administration systems and / or drug administration by ultrasound, and belongs to the technical field of medicine.
  • US 2016 166716 refers to a nanobubble comprising a continuous outer shell, the outer shell comprising a cross-linked polymeric material, an inner wall of the continuous outer shell and a hollow core within the continuous outer shell.
  • document IN 2919 MU2013 discloses complexes of nanobubbles and nanoparticles comprising (i) nanobubbles with a composition of a phospholipid; an amphiphilic derivative of vitamin E; a gas and (ii) nanoparticles with a fatty acid composition; phospholipid; drug; pro apoptotic agent.
  • the nanobubbles of nanobubble-nanoparticle complexes can be used as ultrasound contrast agents and also as drug-loaded GLS carriers.
  • the Authors have investigated the application of micro and nano bubble technology for post harvest handling, formulating 1 -MCP preparations designed for use as aqueous micro and nano bubble (MNB) solutions. Through this research, it was concluded that micro and nanobubbles (1 -MCP- MNB) have the potential to be used and that they slow down the ripening of banana fruit, as well as other species.
  • 1 -MCP-MNB the application of 1 -MCP-MNB mentioned by the authors requires an air nanobubble generator equipment, air that is injected into a pool with several liters of water and then the market product is dissolved.
  • This product is a powder that contains 1 -MCP at 3% v / p encapsulated in cyclodextrin that when immersed in water in pools of approximately 25 liters, begins to rapidly release the 1 -MCP gas and the gas that is released into the atmosphere, rendering it useless. large amounts of said gas. Then the bananas are soaked to perform the treatment.
  • This system generates a very complex process logistics, namely, transporting large amounts of water, in addition to requiring the purchase of the current product on the market that has 1 -MCP encapsulation. It is imperative to mention that the process proposed by the researchers in this publication is not portable, which is why direct applications cannot be made in the field.
  • the present application proposes 1 -MCP nanobubbles modified with sugars for food use, which are presented in the form of additives containing nanobubbles in high concentrations, allowing a better efficiency of the 1 -MCP gas in the inhibition of the action of ethylene.
  • nanobubbles of 1 -MCP modified with sugars are very stable and versatile since they are obtained in high concentrations that are applied as an additive, easy to transport and apply. These nanobubbles can be applied by spraying in conventional machinery, airplanes, drones, irrigation systems both in closed spaces and in large areas of the field, without diffusing the 1 -MCP gas into the atmosphere.
  • the present invention describes the generation of sugar-modified 1-MCP nanobubbles that show a high degree of stability in aqueous solution to inhibit the action of ethylene in different biological processes.
  • the stability of 1 -MCP nanobubbles is due to the fact that the 1 -MCP molecule is hydrophobic and of low solubility in aqueous solution compared to CO2.
  • the presence of double bonds in the propyl ring contributes to the efficient packing of 1 -MCP molecules through pi-pi interactions, which are complemented by Van der Waals interactions. These two molecular interactions compensate for the volatility of the 1-MCP gas allowing stabilization of the nanobubble.
  • a cavitation generation process is a fundamental element when producing the nanobubbles and, to successfully achieve the production of nanobubbles, it requires the generation of cavitations at the nano-scale level, which rapidly collect 1 -MCP gas molecules that are weakly solubilized in water.
  • a cavitation generates a water-free micro-environment that is much more stable than its interaction with water. In the same way, cavitation can house a high number of gas molecules until the gas-gas repulsion exceeds the gas-water interaction.
  • nano-cavities has a very short half-life, close to 2 microseconds, however, it has been observed through molecular simulations that a 6-nm cavity is filled with gas molecules in less than 200 picoseconds due to the high diffusion that gaseous molecules usually have in an aqueous medium.
  • the present application proposes the use of small sugars for food use, which would interact with the surface of the nanobubble and also generate a network of hydrogen bonds between the sugars that would form a type of "decoration" or coating that surrounds the nanobubble.
  • This will allow to obtain a nanobubble solution with a longer half-life and with a lower sensitivity to work and handling at the place of application, such as in crops or fields.
  • the food grade sugar used to stabilize 1-MCP nanobubbles can be selected from sucrose esters, maltodextrins, starch of different types, hydroxymethyl cellulose, disaccharides and monosaccharides in general.
  • the 1 -MCP nanobubbles modified with sugars proposed by the present application have a series of applications and uses, among which we can mention spraying with conventional machinery in installations of Fruit packing machines or packing, in different sectors such as: drench (place where the fruit is moistened with water), packing line, pre-cold, storage, refrigerated and transport. Field spraying can be done using conventional machinery, airplanes or drones.
  • the present invention relates to the generation of 1-MCP nanobubbles modified with sugars for food use that have a size that varies between 50 and 600 nm.
  • These nanobubbles show a high degree of stability in aqueous solution and make it possible to inhibit the action of ethylene in different biological processes. In addition, they can reduce the action of ethylene in the metabolism of plants, making it less susceptible to water stress, stress due to low temperature, stress due to soil conditions, among others.
  • the present invention also relates to the method of preparation of 1-MCP nanobubbles modified with sugars, their different uses and applications.
  • Figure 1 Synthesis of 1 -MCP in a simple distillation system.
  • Figure 2 Synthesis of 1 -MCP with gas collection showing the reaction mixture of 1-methylcyclopropene with tetrahydrofuran (Figure 2A) and obtaining the precipitate at the end of the reaction ( Figure 2B).
  • Figure 5 Results of dynamic light scattering (DLS) analysis.
  • Figure 6 Concentration of nanobubbles (particles / ml) v / s diameter in nanometers (Size nm) of 1-MCP nanobubbles modified with sugars.
  • Figure 7 Size distribution of 1 -MCP nanobubbles, diameter in nanometers (Size nm) of 1 -MCP nanobubbles modified with sugars.
  • Figure 8 Experimental design. The figure shows bananas separated into three groups that were sprayed with water, 1-MCP solution in cyclodextrin (SF), and modified 1-MCP nanobubbles (NBS). The fruits were also exposed to 1 ppm of ethylene for 24 h to accelerate the ripening process and later different parameters were evaluated.
  • SF cyclodextrin
  • NBS modified 1-MCP nanobubbles
  • Figure 9A Photographic record of bananas after being exposed to 1 ppm of ethylene for 24 h and stored in air at 20 ° C.
  • Figure 9B Photographic record of bananas after being exposed to 1 ppm of ethylene for 96 h and storage in air at 20 ° C
  • Figure 10 Evolution of the color parameter a * (CIE 1976, color in the red-blue ranges) of bananas treated with water (control), 1 -MCP in cyclodextrin (SF) and modified 1 -MCP nanobubbles (NBS) after having been exposed to 1 ppm of ethylene for 24 h and storage in air at 20 ° C.
  • CIE 1976 color in the red-blue ranges
  • SF cyclodextrin
  • NBS modified 1 -MCP nanobubbles
  • Figure 1 1 Evolution of the color parameter b * (CIE 1976, color in the blue-yellow ranges) of bananas treated with water (control), 1 -MCP in cyclodextrin (SF) and modified 1 -MCP nanobubbles (NBS) after being exposed to 1 ppm of ethylene for 24 h and storage in air at 20 ° C.
  • CIE 1976 color in the blue-yellow ranges
  • SF cyclodextrin
  • NBS modified 1 -MCP nanobubbles
  • Figure 12 Evolution of the color parameter luminosity L * (CIE 1976) of bananas treated with water (control), 1 -MCP in cyclodextrin (SF) and nanobubbles of modified 1 -MCP (NBS) after being exposed to 1 ppm of ethylene for 24 h and storage in air at 20 ° C.
  • CIE 1976 color parameter luminosity L *
  • SF cyclodextrin
  • NBS nanobubbles of modified 1 -MCP
  • Figure 13 Cherry tree.
  • Figure 14 Cherry tree after applying modified 1-MCP nanobubbles.
  • Figure 15 Site selected to perform the application tests of modified 1 -MCP nanobubbles in blueberries.
  • Figure 16 Selection of blueberry bushes marked with orange ribbons.
  • Figure 17 Blueberry harvest with treatment.
  • Figure 18 Cherry tails with treatment stored for 30 days at
  • Figure 19 Staining of the tails of cherries with treatment nanobubbles 1 -MCP modified, stored 30 days at 0 and C.
  • Figure 20 Cherry tails without treatment stored for 30 days at
  • Figure 21 Coloration of cherry stems without treatment, stored for 30 days at 0 ° C.
  • Figure 22 Post-harvest blueberries stored 30 days a.- without treatment; b and c.- with treatment of modified 1 -MCP nanobubbles.
  • Figure 23 Group 1 (a) blueberries without treatment b and c.- blueberries treated with modified 1-MCP nanobubbles.
  • the objective of the present application is the generation of 1-MCP nanobubbles modified with sugars for food use, which have a size that varies between 50 and 600 nm.
  • the food-grade sugars used to stabilize the 1 -MCP nanobubbles are selected from the group consisting of sucrose esters, maltodextrins, starch of different types, hydroxymethyl cellulose, disaccharides, and monosaccharides in general.
  • the concentration range of food-grade sugars in the modified 1-MCP nanobubble varies between 0.01 - 3 ppm and the concentration of 1-MCP nanobubbles in aqueous solution can vary between 0.01 ug / L - 3, 0 ug / L.
  • these modified 1 -MCP nanobubbles show a high degree of stability in aqueous solution and allow to inhibit the action of ethylene in different biological processes, such as fruit ripening, inhibition of processes associated with senescence and loss of chlorophyll in organs. plants under stress conditions, reduction of the action of ethylene in the metabolism of a plant, making it less susceptible to water stress, stress due to low temperature, stress due to soil conditions, among others.
  • sugars for food use have been selected through theoretical-experimental studies due to their safety and use in the food industry, in addition to their ability to form hydrogen bridges between them on the inter-facial area of the 1-MCP nanobubbles, which allows them to stabilize and increase their half-life for long periods of time (between 12 and 14 months).
  • concentration of food-grade sugars in the modified 1-MCP nanobubbles varies between 0.01 ppm and 3 ppm, these concentrations being sufficient to stabilize nanobubbles that They have sizes that vary between 50 and 600 nanometers, with a predominant population between 100 - 200 nanometers.
  • the modified 1-MCP nanobubbles of the present invention can be applied by spraying on vegetable products to inhibit or delay the action of ethylene, with conventional machinery in fruit packing or packing facilities, in different sectors such as: drench, packing line, pre-cold, refrigerated storage and transportation. Field spraying can be done using conventional machinery, airplanes or drones.
  • the present invention refers to the method of preparation of modified 1 -MCP nanobubbles that comprises the steps of in situ preparation of the 1 -MCP nanobubbles and stabilization with the different sugars for food use.
  • Method 1 Synthesis of 1 -MCP in a simple distillation system.
  • sugars sucrose and starch
  • salts were added to the different types in concentrations that are in the range of 0.01 ppm and 3 ppm.
  • Agitation speed was 25,000 rpm at 2L volumes with spin exposures of 1-7 minutes.
  • the optimal range of peripheral velocity was between 6 and 24 m / s. where the amount of power supplied to the system was 500 W.
  • the preparation of sugar-modified 1 -MCP nanobubbles is carried out by dispersing the 1 -MCP gas in different aqueous solutions containing sugars for food use, selected from the group consisting of sucrose esters, maltodextrins, starch of different types, hydroxymethyl cellulose, disaccharides and monosaccharides in general, in a concentration that varies between 0.01 - 3 ppm.
  • 1-Methylcyclopropene gas is used, obtained in situ from a Fisher and Douglas synthesis.
  • Dynamic light scattering (DLS) analysis is a well-established and non-invasive technique to determine the stability of modified 1-MCP nanobubbles. to measure the size and size distribution of molecules and particles typically in the sub-micron region.
  • Typical applications of dynamic light scattering are the characterization of particles that have been scattered or dissolved in a liquid.
  • the Brownian motion of suspended particles or molecules causes the laser light to scatter at different intensities. From the analysis of these intensity fluctuations, the speed of the Brownian motion and, therefore, the particle size is obtained using the Stokes-Einstein relationship:
  • D Ab [kT / (6 TT r ps)] Stokes-Einstein equation derived from hydrodynamic theory, applicable to the diffusion of colloidal particles through a solvent that behaves as a continuous medium.
  • D ab Diffusion constant; r: radius of the solute; ps: viscosity of the solvent; kb: Boltzmann's constant; T: temperature; and TT: pi, irrational number.
  • the size (hydrodynamic diameter) and size distribution of the stabilized 1 -MCP nanobubbles was determined by dynamic light scattering (DLS) with the Nano Zetasizer Malvern, model ZEN 3600. Sizing of modified 1-MCP nanobubbles by dynamic light scattering
  • the modified 1-MCP nanobubble size analyzes were carried out by means of dynamic light scattering (DLS) in a Nano Zetasizer Malvern, model ZEN 3600, at a wavelength of 532 nm and a fixed angle of scattering of 173 °.
  • the liquid sample (1 ml) was measured with a 1 cm light path cuvette. They were measured 12 times in triplicate to obtain a mean size distribution and its standard deviation.
  • the Z potential of the modified 1 -MCP nanobubbles was determined in a Malvern Nano Zetasizer, model ZEN 3600 with a cuvette consisting of a U-shaped capillary using two flat parallel plate electrodes (disposable capillary cell, Malvern Instrument , UK), they were measured 12 times in triplicate in order to obtain means and standard deviation.
  • the modified 1 -MCP nanobubbles were characterized with a NanoSight NS3Q0 equipment, in which nanoparticle tracking analysis (NTA) uses the properties of both light scattering and Brownian motion to obtain the particle size distribution.
  • NTA nanoparticle tracking analysis
  • samples in a liquid suspension A laser beam is passed through the sample chamber, and suspended particles in the beam path scatter the light in such a way that they can be easily seen through a 20x microscope at a far working distance, at the one with a video camera mounted. The camera captures a video file of the particles in a state of Brownian motion.
  • Nanoparticle Trace Analysis (NTA) software performs a tracks many particles individually and uses the Stokes-Einstein equation to calculate their hydrodynamic diameters.
  • Nanosight provides high-resolution measurements of particle size, concentration, and aggregation, as well as real-time monitoring of subtle changes in the characteristics of particle populations, with visual validation to confirm the analysis, where the permanence of a nanometric size and a population or concentration of the nanobubbles by me and their permanence in time.
  • the 1-methylcyclopropene nanobubbles were characterized by DLS and Nanosight.
  • Nanosight Table 2 Summary of results of size (149.7 nm) and concentration of nanobubbles of 1 -MCP (3.95 * 107) obtained by method 2 of synthesis.
  • the 1 -MCP nanobubbles obtained by method 2 were characterized in Nanosight equipment, the results indicate that the nanobubbles have an average size of 148 nm, with a concentration of nanobubbles per mL of 4.1 1 * 10 7 (Table 3 ). Stability studies of modified 1-MCP nanobubbles
  • This analysis consisted of measuring the size of the 1 -MCP nanobubbles at different times of evolution; 1, 2, 3, 24 and 192 hours (8 days, 1 month, 6 months, 1 year) at 4 ° C and 25 ° C.
  • Nanobubbles were stored at 4 ° C and 25 ° C for 6 months, noting that the optimum storage is at 4 e C temperature.
  • This analysis consisted of measuring critical diameters for different revolution times of the homogenizing equipment 10,000, 15,000, 20,000 and 25,000 RPM.
  • Figure 5 shows a summary of the average percentage of 1 -MCP nanobubbles modified with sugars, according to their diameter in nanometers (Size statistics Report).
  • the NanoZetasizer team's software delivers an average nanobubble size of 322 nanometers. Observations and / or conclusions from the summary report delivered by the nano zetasizer team software ( Figure 5): it can be observed that the 1 -MCP nanobubbles modified with sugars have an average diameter of 322 nm.
  • Figure 6 shows the concentration of nanobubbles (particles / ml) v / s diameter in nanometers (Size nm) of 1-MCP nanobubbles modified with sugars and a summary delivered by the Nanosight team software of the average size of the nanobubbles in nanometers ( nm) with a concentration determined in nanobubbles / ml.
  • Figure 10 shows the differences in the a * value (red-green range, CIE 1976) over time (0, 24, 48, 72, 96, 168 and 192 hours) for the control treatments (Red), SF (blue) and NBS (yellow).
  • the bars represent the standard deviation, * corresponds to the statistical differences using the Tukey Test p ⁇ 0.05. It is observed that the control treatment had a color evolution of the skin, which is seen with a positive a * value due to advanced maturation, compared with fruits treated with 1 -MCP in cyclodextrin and modified 1 -MCP nanobubbles.
  • Figure 1 1 shows the differences of the b * value (yellow-blue range), CIE 1976) over time (0, 24, 48, 72, 96, 168 and 192 hours) for the control treatments (Red ), SF (blue) and NBS (yellow). The bars represent the standard deviation, * corresponds to the statistical differences using the Tukey Test p ⁇ 0.05. After 192 h, the control presented a noticeable yellow color (49.31) due to an advanced state of maturation compared to the fruits treated with 1 -MCP in cyclodextrin and modified 1 -MCP nanobubbles.
  • Figure 12 shows the differences in the L * value (luminosity, CIE 1976) over time (0, 24, 48, 72, 96, 168 and 192 hours) for the control treatments (Red), SF (blue ) and NBS (yellow). Bars represent standard deviation. The asterisks indicate statistical differences using the Tukey Test p ⁇ 0.05. These results indicate a greater maturation in the control treatment and loss of green color, therefore, the skin of the bananas presented a greater luminosity in contrast to the fruits treated with 1 -MCP in cyclodextrin and modified 1 -MCP nanobubbles.
  • pulp was extracted from each individual (banana) that was homogenized using a ceramic mortar, placed in a tube and centrifuged at 20,000 x g for 5 minutes. Then, a drop of the supernatant was used and the soluble solids content was measured using a digital refractometer. Table 5 shows the soluble solids content (Brix degrees).
  • the objective of this study was to determine if the spray application of modified 1-MCP nanobubbles on cherry trees before harvesting cherries has an effect on preserving the green coloration of cherry stems.
  • the cherry harvest was carried out 24 hours after application of modified 1-MCP nanobubbles.
  • the objective of this study was to determine if the application of modified 1-MCP nanobubbles in blueberries (Vaccinium myrtillos) pre-harvest has an effect on the conservation of blueberries stored for 30 days post-harvest.
  • Group 1 (a): untreated blueberries
  • Group 2 (b and c): treated blueberries.
  • the boxes remained closed for 30 days and once this time had elapsed they were opened and the blueberry color was monitored.

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Abstract

La presente invención se relaciona con la generación de nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares de uso alimentario que tienen un tamaño que varía entre 50 y 600 nm. Estas nanoburbujas muestran un alto grado de estabilidad en solución acuosa y permiten inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos. Además, pueden reducir la acción del etileno en el metabolismo de plantas, haciéndola menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo entre otros. La presente invención también se relaciona con el método de preparación de las nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares, sus diferentes usos y aplicaciones.

Description

NANOBURBUJAS DE 1-METILCICLOPROPENO MODIFICADO (1-MCP)
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a la generación de nanoburbujas de 1 - metilciclopropeno (1-MCP) modificadas que presentan un alto grado de estabilidad en solución acuosa y que permiten inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos, tales como maduración de frutos, inhibición de procesos asociados a senescencia y pérdida de clorofila en órganos vegetales bajo condiciones de estrés. Además, pueden reducir la acción del etileno en el metabolismo de plantas, haciéndola menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo entre otros.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
El etileno es un compuesto con una estructura química simple, hidrocarburo insaturado que contiene solo 2 carbonos y un doble enlace que los une y, que se encuentra presente en las plantas influyendo en la maduración y caída de frutas, mediante la regulación de diversos bio-procesos y senescencia (Zacarías, 1993 “Ethylene”; Faust, 1989 "Physiology of températe zones trees”). Su naturaleza gaseosa le confiere características especiales, únicas entre los distintos fito- reguladores (Becerra, 2005“Evaluation of 1-mcp (1 -methyclicopropen), as an ethylene inhibitor in the ripening ofkiwi fruits”).
El etileno regula la maduración y senescencia de productos agrícolas a nivel molecular, bioquímico y fisiológico (Kesari et al., 2007“Ethylene-induced ripening in banana evokes expression of defense and stress related genes in fruit tissue”), debido a que estimula la expresión de genes que codifican para las enzimas relacionadas con los cambios durante la maduración y/o senescencia (Jiang y Fu, 2000“Ethylene regulation of fruit ripening: Molecular aspects”). El etileno posee dos roles en la post cosecha, por un lado, ocasiona que los frutos adquieran características organolépticas óptimas para su consumo, pero también es responsable de la senescencia de los tejidos, generando efectos desfavorables en la calidad de estos (Bapat et al., 2010“Ripening of fleshy fruit: Molecular insight and the role of ethylene”). El etileno, también participa en la caída de flores que tiene relación directa con la cuaja de frutos. Asimismo, el etileno es una hormona vegetal que participa en múltiples procesos como respuesta a diversos tipos de estrés (daño mecánico, sequía, inundación, enfermedades, plagas), senescencia, floración en algunas plantas, inducción de pelos radiculares, elongación de raíces, síntesis de pigmentos y aromas, y degradación de la clorofila.
La inhibición de la acción del etileno puede producir efectos benéficos, por ejemplo, en el transporte y almacenamiento de frutas. Dentro de los efectos beneficiosos de inhibir la acción de etileno también se pueden mencionar entre otros, el retraso en el proceso de maduración de frutos, inhibición de procesos asociados a senescencia y pérdida de clorofila en órganos vegetales, bajo condiciones de estrés la reducción de la acción del etileno en el metabolismo de una planta, haciéndola menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo.
El etileno también se encuentra directamente asociado a cualquier tipo de estrés que las plantas puedan tener, por lo tanto, herramientas que inhiban las hormonas o etileno en los diferentes procesos de estrés mencionado anteriormente, generarían cambios considerables en la pre y post cosecha, por ejemplo, de frutas.
El conocimiento del mecanismo de acción del etileno ha permitido generar diferentes tecnologías y procedimientos para disminuir sus efectos negativos, entre los cuales se puede mencionar la refrigeración, uso de atmósferas modificadas y controladas entre otros, sin embargo, los retardantes químicos de madurez son los que han mostrado mayor eficiencia en el control de la madurez y senescencia de frutos, hortalizas y flores (Arora et al., 2008“Postharvest biology and technology of fruits, vegetables and flowers”) (Tablal ). Tabla 1. Proceso de inhibición de etileno mediante el uso de agentes químicos (Sereck et al, 2006“Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level”).
Estrategias químicas para inhibir los efectos del etileno
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Solución actual
Los retardantes químicos de maduración se pueden clasificar en inhibidores de la síntesis del etileno, que incluyen productos tales como amino etoxi-vinil- glicina (AVG) y ácido amino oxiacético (AOA); inhibidores de la señalización (acción) del etileno, como 1 -metilciclopropeno (1 -MCP) y sales de plata (nitrato y tiosulfato de plata) (Serek et al., 2006“Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level”), entre otros. Otro grupo de retardantes son los oxidantes de etileno, siendo el permanganato de potasio KMnÜ4 el producto más importante (Wills y Warton,2004 “Efficacy of potassium permanganate impregnated into alumina beads to reduce atmospheric ethylene”). Sin embargo, el uso de KMnC genera situaciones de riesgo dado que es un irritante para los usuarios, nocivo por ingestión, y representa un peligro de fuego en contacto con materiales combustibles, además de ser considerado un contaminante ambiental. También se ha considerado la estabilización del gas 1 -MCP en agua, molécula inhibidora de etileno en plantas. La desventaja de este producto dado que es un gas contenido en ciclodextrinas, es que una vez que está en un medio líquido es rápidamente liberado a la atmósfera, lo que obliga a tener condiciones de alta hermeticidad del recinto utilizado para lograr su eficacia sobre la acción del etileno.
1-Metilciclopropeno (1-MCP)
El 1 -metilciclopropeno (en inglés, 1 -methylcyclopropene) es un regulador vegetal de síntesis que actúa como inhibidor de la acción del etileno.
En la actualidad es uno de los compuestos más promisorios para la regulación de la maduración de frutos climatéricos, inhibición de la senescencia de hortalizas de hoja, de flores de corte y de muchas especies de plantas ornamentales. La exposición durante varias horas al 1-metilciclopropeno en concentraciones variables según la especie (pero que pueden ser tan bajas como 0,2 pL L_1 , por ejemplo, en peras), vuelve a ciertas frutas y hortalizas insensibles al etileno por períodos de tiempo considerables (días a semanas). El 1 - metilciclopropeno actuaría bloqueando el acceso del etileno a su sitio en el receptor transmembrana presumiblemente ubicado en la membrana plasmática, por lo cual los tejidos se tornan incapaces de percibir la presencia del etileno. Se han efectuado numerosos ensayos exitosos en manzanas, ciruelas, kiwis, caquis, paltas, peras, tomates y otros frutos climatéricos y, en la actualidad es muy utilizado a nivel comercial para manzanas. En vista de diversas publicaciones relacionadas con este compuesto que describen sus características y usos, se sabe que el 1-MCP (C4H6) es una olefina cíclica, a temperatura y presión estándar es un gas con un peso molecular de 54 g/mol (Blankenship y Dole, 2003 Ί -Methylcyclopropene: A Review. Postharvest Biology and Technology”). El 1 -MCP ocupa los receptores del etileno de manera irreversible, bloqueando la cascada de transducción de señales que conllevan a la expresión de genes relacionados con la respuesta al etileno (In et al., 2013“-MCP occupies ethylene receptors irreversibly, blocking the signal transduction Cascade that leads to the expression of genes related to the response to ethylene”). La afinidad del 1 -MCP por los receptores es diez veces mayor a la del etileno y actúa a concentraciones más bajas, también regula la biosíntesis de etileno a través de la inhibición de un proceso auto catalítico (Blankenship y Dole, 2003 “1 - Methylcyclopropene: A Review. Postharvest Biology and Technology”). El compuesto no es tóxico, es inodoro, estable a temperatura ambiente, además, es de fácil aplicación y altamente eficaz para proteger muchas especies agrícolas de la acción del etileno, incluyendo, frutos, vegetales, flores cortadas y plantas en maceta (Serek et al., 2006“Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level”; Watkings, 2006“The use of 1 -methylcyclopropene (1 - MCP) on fruits and vegetables”; Huber, 2008“The use of 1 - methylcyclopropene (1 - MCP) on fruits and vegetables”). A pesar de que la unión del 1 -MCP es irreversible, se ha reportado que los tejidos pueden recuperar la sensibilidad al etileno, debido a la capacidad de síntesis de nuevos receptores (Cameron y Reid, 2001 “1 -MCP blocks ethylene-induced petal abscission of Pelargonium peltatum but the effect is transient”), lo cual depende de la especie, tejido, estado de desarrollo y ambiente (Varanasi et al., 2013 “Differential suppression of ethylene biosynthesis and receptor genes in 'Golden Delicious' apple by preharvest and postharvest 1 -MCP treatments”).
La concentración de 1 -MCP necesaria para bloquear la acción del etileno varía de acuerdo con la especie, cultivo, estado de maduración, capacidad de producción de nuevos receptores, tiempo y temperatura de exposición (Watkins, 2006“The use of 1 -methylcyclopropene (1- MCP) on fruits and vegetables”). Las dosis óptimas varían entre especies, pero Blankenship y Dole (2003) “Methylcyclopropene: A Review. Postharvest Biology and Technology” reportan diferentes concentraciones y temperaturas para la aplicación de 1 -MCP, las cuales se pueden encontrar entre 0,1 a 100 pL L_1 a 20 - 25°C por 6 a 24 h. Por ejemplo, la concentración recomendada para productos de uso comercial (EthylBIoc® y ™SmartFresh) está entre 0,6 a 2,0 pL L_1 (según etiqueta de producto).
Para superar las desventajas descritas en el estado del arte y relacionadas con técnicas de aplicación del 1 - MCP, la presente solicitud propone la generación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas, las cuales muestran un alto grado de estabilidad en solución acuosa y permiten inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos.
Nanoburbujas
Las burbujas son cavidades llenas de aire o gas dentro de un líquido. En el líquido, las burbujas tienen presiones de equilibrio interno, al menos las que se encuentran en el medio ambiente. Cada burbuja está rodeada por una interfaz que posee propiedades diferentes a la de la solución global. Por ejemplo, los surfactantes pueden estabilizar burbujas de todos los tamaños, pero las burbujas también pueden formarse sin ellos. Las burbujas grandes (> 100 pm de diámetro) aumentan en tamaño rápidamente (> 6 mm s_1) y suben directamente a la superficie donde colapsan y, en consecuencia, disgregan el aire o gas contenido en ellas. Las microburbujas (1 pm - 100 pm de diámetro), proporcionan un área de superficie más alta por unidad de volumen que las burbujas más grandes que se ven comúnmente debido a su menor tamaño, éstas pueden producirse por numerosos métodos y se han utilizado para solubilización de lodos, purificación de agua, tratamiento de aguas residuales, administración de fármacos y como agente de contraste junto con ultrasonido. Las microburbujas no son estables durante largos períodos (~ minutos), suben lentamente (10-3 - 10 mm x s_1) e indirectamente a la superficie donde colapsan, pero las más pequeñas
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< 20 pm de diámetro) se contraen para formar nanoburbujas más estables y efectivas.
Solo estas pequeñas burbujas (< 1 pm de diámetro) son estables durante períodos significativos en suspensión (aumentan a menos de 10-2 pm x s_1 , pero esto se contrarresta con un movimiento browniano de más de 1 pm x s_1) en comparación con burbujas más grandes o más pequeñas que desaparecen rápidamente de las suspensiones acuosas, a menos que se estabilicen con agentes tensoactivos. Normalmente, las nanoburbujas están presentes en cantidades más bajas en soluciones acuosas. Es necesaria la presencia de núcleos de cavitación en agua pura, la formación de los núcleos permite la presencia de nanoburbujas de aire en el agua, particularmente cuando esta agua no contiene micropartículas extrañas y el recipiente carece de defectos en las paredes (http://www1.lsbu.ac.uk/water/nanobubble.html). Las nanoburbujas son generalmente reconocidas en la literatura científica actual como aquellas cavidades gaseosas con diámetros menores a una miera. Tales cavidades (burbujas) a menudo tienen más de 100 nm de diámetro, pero el término‘nano’ se aplica principalmente a partículas de diámetro más pequeño (< 100 nm, ISO/TS 27687: 2008).
El área de superficie de un volumen de burbujas es inversamente proporcional al diámetro de la burbuja. Así, para el mismo volumen de burbuja, su área de superficie (A) aumenta proporcionalmente a la reducción del diámetro de la burbuja (D; A = 6/D); por ejemplo, 1 mi de burbujas con un radio de 100 nm (2 x 1.015 burbujas) tiene 1.000 veces más superficie (60 m2) que 1 mi de burbujas de
0,1 mm (2 x 106 burbujas, 0,06 m2).
T ambién se ha propuesto encapsular el gas 1 -MCP en agua mediante el uso de nanotecnología, específicamente mediante la transformación del gas 1-MCP en nanoburbujas de tamaño entre 70 nm y 300 nm. Las nanoburbujas son burbujas extremadamente pequeñas (nanométricas 10-9 m) que se encuentran sumergidas y estabilizadas en agua. Se debe tener presente que, durante los últimos años las nanoburbujas han sido el foco de mucha atención en varios campos de investigación debido a sus asombrosos efectos y, a que aún está bajo discusión la razón por la cual son tan estables, desafiando varios principios básicos de la termodinámica de gases.
En el estado del arte relacionado con nanoburbujas se pueden encontrar algunos documentos publicados tal como US 2017 202775 que divulga una solución de nanoburbujas de gas libres mezcladas con un material lipídico para usarse en sistemas de administración de contraste y/o administración de fármacos por ultrasonidos, y pertenece al campo técnico de la medicina. El documento US 2016 166716 se refiere a una nanoburbuja que comprende una cubierta externa continua, comprendiendo la cubierta externa un material polimérico reticulado, una pared interna de la cubierta exterior continua y un núcleo hueco dentro de la cubierta exterior continua. Por último, el documento IN 2919 MU2013 divulga complejos de nanoburbujas y nanopartículas comprenden (i) nanoburbujas con una composición de un fosfolípido; un derivado anfifílico de vitamina E; un gas y (ii) nanopartículas con una composición de ácido graso; fosfolípido; droga; agente pro- apoptótico. Las nanoburbujas de los complejos de nanoburbujas y nanopartículas se pueden usar como agentes de contraste de ultrasonidos y también como portadores de SLG cargados con fármacos.
Sin embargo, ninguno de estos documentos divulga nanoburbujas de 1 - MCP modificadas con un azúcar de tipo alimentario que permitan inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos, o reduzcan la acción del etileno en el metabolismo de plantas.
Relacionado con la invención de la presente solicitud, se tiene un ejemplo de aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP que se menciona en la publicación Pongprasert, N., P. et al. (2012)“1 -MCP Micro and nanobubbles using as a novel postharvest technique for delay postharvest ripening of banana fruits. 10th National Postharvest Conference, Khon Khen, Thailand”, en donde se divulga que la fumigación con 1 -metilciclopropano (1 -MCP) se utiliza ampliamente, por ejemplo, para extender la vida post cosecha y mantener la calidad de plátanos verdes y, que un tiempo de aplicación más prolongado, la maduración desigual y maduración verde son desventajas asociadas con la fumigación con 1 -MCP de plátanos. Los autores han investigado la aplicación de una tecnología de micro y nano burbujas para el manejo post cosecha, formulando preparaciones de 1 -MCP diseñadas para usar como soluciones acuosas de micro y nano-burbujas (MNB). Mediante esta investigación se llegó a la conclusión de que las micro y nanoburbujas (1 -MCP- MNB) tienen potencial para ser utilizadas y, que ralentizan la maduración de la fruta de plátano, así como otras especies. Sin embargo, la aplicación de 1 -MCP-MNB mencionada por los autores requiere de un equipo generador de nanoburbujas de aire, aire que se inyecta en una piscina con varios litros de agua y, luego se disuelve el producto de mercado. Este producto es un polvo que contiene 1 -MCP al 3% v/p encapsulado en ciclodextrina que al sumergirlo en agua en piscinas de 25 litros aproximadamente, comienza a desprender rápidamente el gas 1 -MCP y el que se libera a la atmosfera quedando inutilizadas grandes cantidades de dicho gas. Luego, se sumergen los plátanos para realizar el tratamiento. Este sistema genera una logística de proceso muy compleja, a saber, transportar grandes cantidades de agua, además de requerir comprar el producto actual del mercado que tiene encapsulado al 1 -MCP. Es imperativo mencionar que el proceso propuesto por los investigadores en esta publicación no es transportable, razón por la cual no se pueden realizar aplicaciones directas en el campo. Por otro lado, se requiere producir nanoburbujas de aire y 1 -MCP, lo cual disminuye la concentración de nanoburbujas de 1 -MCP en la solución preparada. Además, el proceso de sumergir las frutas en estas piscinas favorecería el desarrollo, crecimiento y acumulación de bacterias y hongos en conjunto con una temperatura óptima para la pudrición de frutas, lo que genera numerosas complicaciones en su efectividad y eficiencia, por ejemplo, en el campo. En vista de lo anterior, la presente solicitud propone nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares de uso alimentario, las cuales se presentan en forma de aditivos que contienen nanoburbujas en altas concentraciones, permitiendo una mejor eficiencia del gas 1 -MCP en la inhibición de la acción del etileno. Las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares son muy estables y versátiles ya que se obtienen en altas concentraciones que se aplican como aditivo, fácil de transportar y aplicar. Estas nanoburbujas se pueden aplicar mediante aspersión en maquinaria convencional, aviones, drones, sistemas de riego tanto en espacios cerrados como en amplias superficies de campo, sin producirse la difusión del gas 1 -MCP hacia la atmósfera.
Nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares
La presente invención describe la generación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares que muestran un alto grado de estabilidad en solución acuosa para inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos.
La estabilidad de las nanoburbujas de 1 -MCP se debe a que la molécula de 1 -MCP es hidrofóbica y de baja solubilidad en solución acuosa en comparación con CO2. Sin embargo, la presencia de enlaces dobles en el anillo propílico contribuye a que las moléculas de 1 -MCP se empaqueten eficientemente a través de interacciones tipo pi-pi, que son complementadas con interacciones de Van der Waals. Estas dos interacciones moleculares compensan la volatilidad del gas 1 - MCP permitiendo la estabilización de la nanoburbuja.
En la obtención de las nanoburbujas de 1 -MCP, un proceso de generación de cavitaciones es un elemento fundamental al momento de producir las nanoburbujas y, para lograr exitosamente la producción de nanoburbujas se requiere de la generación de cavitaciones a nivel de nano-escala, las que recolectan rápidamente moléculas del gas 1 -MCP que están débilmente solubilizadas en agua. Una cavitación genera un micro-entorno libre de agua que es mucho más estable que su interacción con el agua. De esta misma forma, la cavitación puede albergar un alto número de moléculas de gas hasta que la repulsión gas-gas supere la interacción gas-agua. La generación de nano- cavidades es de una vida media muy corta, cercana de 2 microsegundos, sin embargo, se ha observado a través de simulaciones moleculares que una cavidad de 6 nm se llena de moléculas de gas en menos de 200 picosegundos debido a la alta difusión que suelen tener moléculas gaseosas en un medio acuoso.
Con el objetivo de proporcionar una mayor estabilidad a las nanoburbujas del gas 1 -MCP, la presente solicitud propone el uso de pequeños azucares de uso alimentario, los cuales interactuarían con la superficie de la nanoburbuja y, además generarían una red de puentes de hidrógeno entre los azúcares que formarían un tipo de“decorado” o recubrimiento que rodea la nanoburbuja. Lo anterior permitirá obtener una solución de nanoburbujas con una vida media mayor y con una menor sensibilidad al trabajo y manipulación en el lugar de aplicación como, por ejemplo, en cultivos o campos. El azúcar de uso alimentario utilizado para estabilizar las nanoburbujas de 1-MCP se puede seleccionar entre ásteres de sacarosa, maltodextrinas, almidón de diferentes tipos, hidroximetil celulosa, disacáridos y monosacáridos en general.
Las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares propuestas por la presente solicitud presentan una serie de aplicaciones y usos entre los cuales se puede mencionar aspersión con maquinaria convencional en instalaciones de empacadoras de frutas o packing, en diferentes sectores tales como: drench (lugar donde se humedece la fruta con agua), línea de embalaje, pre-fríos, almacenamiento, refrigerado y transporte. La aspersión en campo se puede realizar mediante el uso maquinaria convencional, aviones o drones.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con la generación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares de uso alimentario que tienen un tamaño que varía entre 50 y 600 nm. Estas nanoburbujas muestran un alto grado de estabilidad en solución acuosa y permiten inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos. Además, pueden reducir la acción del etileno en el metabolismo de plantas, haciéndola menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo entre otros.
La presente invención también se relaciona con el método de preparación de las nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares, sus diferentes usos y aplicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1 : Síntesis de 1 -MCP en un sistema de destilación simple.
Figura 2: Síntesis de 1 -MCP con recolección de gas en donde se muestra la mezcla de reacción de 1 -metilciclopropeno con tetrahidrofurano (Figura 2A) y la obtención del precipitado al finalizar la reacción (Figura 2B).
Figura 3: Producto de síntesis obtenido (1 -MCP) por método 1.
Figura 4: Producto de síntesis obtenido (1 -MCP) por método 2.
Figura 5: Resultados del análisis dispersión de luz dinámica (DLS). Figura 6: Concentración de nanoburbujas (partículas/ml) v/s diámetro en nanómetros (Size nm) de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares.
Figura 7: Distribución de tamaño de nanoburbujas de 1 -MCP, diámetro en nanómetros (Size nm) de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares.
Figura 8: Diseño experimental. La figura muestra plátanos separados en tres grupos que fueron asperjados con agua, solución de 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburburjas de 1 -MCP modificadas (NBS). Los frutos además fueron expuestos a 1 ppm de etileno por 24 h para acelerar el proceso de maduración y posteriormente fueron evaluados diferentes parámetros.
Figura 9A: Registro fotográfico de los plátanos después de haber sido expuestos a 1 ppm de etileno por 24 h y almacenamiento en aire a 20 °C.
Figura 9B: Registro fotográfico de los plátanos después de haber sido expuestos a 1 ppm de etileno por 96 h y almacenamiento en aire a 20 °C
Figura 10: Evolución del parámetro de color a* (CIE 1976, color en los rangos rojo-azul) de plátanos tratados con agua (control), 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (NBS) después de haber sido expuestos 1 ppm de etileno por 24 h y almacenamiento en aire a 20 °C.
Figura 1 1 : Evolución del parámetro de color b* (CIE 1976, color en los rangos azul-amarillo) de plátanos tratados con agua (control), 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (NBS) después de haber sido expuestos 1 ppm de etileno por 24 h y almacenamiento en aire a 20 °C.
Figura 12: Evolución del parámetro de color luminosidad L* (CIE 1976) de plátanos tratados con agua (control), 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (NBS) después de haber sido expuestos 1 ppm de etileno por 24 h y almacenamiento en aire a 20 °C.
Figura 13: Árbol de cerezo.
Figura 14: Árbol de cerezo luego de aplicar nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
Figura 15: Predio seleccionado para realizar las pruebas de aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en arándanos.
Figura 16: Selección de arbustos de arándanos marcados con cintas de color naranjo.
Figura 17: Cosecha de arándanos con tratamiento.
Figura 18: Rabos de Cerezas con tratamiento almacenadas por 30 días a
0eC.
Figura 19: Coloración de los rabos de cerezas con tratamiento de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas, almacenadas 30 días a 0eC.
Figura 20: Rabos de Cerezas sin tratamiento almacenadas por 30 días a
0eC.
Figura 21 : Coloración de los rabos de cerezas sin tratamiento, almacenadas 30 días a 0eC.
Figura 22: Arándanos post cosecha almacenados 30 días a.- sin tratamiento; b y c.- con tratamiento de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
Figura 23: Grupo 1 (a) arándanos sin tratamiento b y c.- arándanos tratados con nanobuburbujas de 1 -MCP modificadas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN La presente solicitud tiene como objetivo la generación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares de uso alimentario, las cuales presentan un tamaño que varía entre 50 y 600 nm. Los azúcares de uso alimentario utilizado para estabilizar las nanoburbujas de 1 -MCP se selecciona del grupo que consiste en ásteres de sacarosa, maltodextrinas, almidón de diferentes tipos, hidroximetil celulosa, disacáridos y monosacáridos en general. El rango de concentración de los azúcares de uso alimentario en la nanoburbuja de 1-MCP modificadas varía entre 0,01 - 3 ppm y la concentración de nanoburbujas de 1 -MCP en solución acuosa puede variar entre 0,01 ug/L - 3,0 ug/L.
Se ha determinado que estas nanoburbujas de 1 -MCP modificadas muestran un alto grado de estabilidad en solución acuosa y permiten inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos, tales como maduración de frutos, inhibición de procesos asociados a senescencia y pérdida de clorofila en órganos vegetales bajo condiciones de estrés, reducción de la acción del etileno en el metabolismo de una planta, haciéndola menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo entre otros.
Se han seleccionado estos azúcares de uso alimentario mediante estudios teóricos-experimentales debido a su inocuidad y uso en la industria de alimentos, además por su capacidad para formar puentes de hidrógenos entre ellos sobre el área ínter-facial de las nanoburbujas de 1 -MCP, lo cual permite estabilizarlas y aumentar su vida media por largos períodos de tiempo (entre 12 y 14 meses). Tal como se menciona anteriormente, la concentración de los azúcares de uso alimentario en las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas varía entre 0,01 ppm y 3 ppm, siendo estas concentraciones suficientes para estabilizar nanoburbujas que presentan tamaños que varían entre 50 y 600 nanómetros, observándose una población predominante entre 100 - 200 nanómetros.
Dependiendo del objetivo, las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas de la presente invención se pueden aplicar mediante aspersión en productos vegetales para inhibir o retrasar la acción del etileno, con maquinaria convencional en instalaciones de empacadoras de frutas o packing, en diferentes sectores tales como: drench, línea de embalaje, pre-fríos, almacenamiento refrigerado y transporte. La aspersión en campo se pude realizar mediante el uso de maquinaria convencional, aviones o drones.
Por último, la presente invención se refiere al método de preparación de las nanoburbujas modificadas de 1 -MCP que comprende las etapas de preparación in situ de las nanoburbujas de 1 -MCP y estabilización con los diferentes azúcares de uso alimentario. EJEMPLOS DE APLICACIÓN Síntesis de 1 - metilciclopropeno
La síntesis de 1 -Metilciclopropeno se llevó a cabo por dos métodos:
Método 1 : Síntesis de 1 -MCP en un sistema de destilación simple.
En un balón de doble boca de fondo redondo de 250 mL, el cual se encuentra conectado a un sistema de destilación simple, se adicionan 10 mL de tetrah id roturan o seco y 2 mL de 1 -clorometilpropeno (Figura 1 ), en donde ambos reactivos fueron inyectados a través de una septa química. El sistema cerrado se mantuvo en atmósfera inerte de argón, la mezcla de reacción se agitó durante 30 minutos a 30eC de temperatura. Una vez transcurrido el tiempo de homogenización se adicionaron 22 ml_ de fenillitio, se mantuvo la reacción por 30 minutos más, con agitación constante, la temperatura de reacción varió desde los 30eC hasta los 50eC de forma espontánea (Muestra 1 ). Los gases liberados, fueron obtenidos por destilación. Método 2: Síntesis de 1 -MCP con recolección de gas.
En un balón de doble boca de fondo redondo de 250 mL, (en donde ambas bocas fueron selladas con septas químicas y a las cuales se conectaron cuatro jeringas de 10 mL cada una), se adicionaron 10 mL de tetrahidrofurano seco y 2 mL de 1 -clorometilpropeno (Figura 2A), en donde ambos reactivos fueron inyectados a través de una septa química. El sistema cerrado se mantuvo con atmósfera inerte de argón, la mezcla de reacción se agitó durante 30 minutos a 30eC de temperatura. Una vez transcurrido el tiempo de homogenización se adicionaron 22 mL de fenillitio, posteriormente se mantuvo la reacción por 30 minutos más, con agitación constante, la temperatura de reacción varió desde los 30eC hasta los 50eC de forma espontánea (Figura 2B). El gas eliminado fue contenido en las jeringas con el fin de cuantificar la cantidad de gas liberado.
Posteriormente, el producto de reacción obtenido en ambos métodos fue filtrado por gravitación y el sólido fue lavado con tetrahidrofurano (THF) seco, luego fue secado y almacenado en atmosfera de argón (Muestra 2) (Figura 3 y 4). Procedimiento de preparación de nanoburbujas de 1-MCP modificadas a.- Producción de nanoburbujas por dispersión de qas 1-MCP en diferentes soluciones acuosas. Una vez obtenido el producto sólido, se procedió a neutralizarlo utilizando una 1 L de solución de NaCI 0,1 N, la generación de las nanoburbujas de 1 -MCP se realizó suministrando el 1 -MCP liberado como dispersión en agua con una concentración de 20% v/v. Luego, se adicionaron a los diferentes tipos azúcares (sacarosa y almidón) y sales en concentraciones que se encuentran en el rango de 0,01 ppm y 3 ppm. La velocidad de agitación fue de 25.000 rpm a volúmenes de 2 L con exposiciones de rotación de 1-7 minutos. El margen óptimo de la velocidad periférica se situó entre 6 y 24 m/s. en donde la cantidad de potencia suministrada al sistema fue de 500 W. b.- Nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares
La preparación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azucares se realiza mediante una dispersión del gas 1 -MCP en diferentes soluciones acuosas que contienen azúcares de uso alimentarios, seleccionados desde el grupo que consiste de ásteres de sacarosa, maltodextrinas, almidón de diferentes tipos, hidroximetil celulosa, disacáridos y monosacáridos en general, en una concentración que varía entre 0,01 - 3 ppm. Se utiliza gas 1 -metilciclopropeno, obtenido in situ desde una síntesis de Fisher and Douglas.
Todas las soluciones de nanoburbujas de 1 -metilciclopropeno estabilizadas fue almacenada a 4eC para estudiar su estabilidad y caracterización mediante DLS, nanosight y su aplicación en terreno.
Caracterización de nanoburbujas de 1 -metilciclopropeno (1-MCP) modificadas Para determinar la estabilidad de las nanoburbujas de 1-MCP modificadas se realiza un análisis de dispersión dinámica de la luz (DLS), a la que a veces se hace referencia como dispersión de luz cuasi elástica (QELS), técnica no invasiva y bien establecida para medir el tamaño y distribución de tamaño de moléculas y partículas típicamente en la región sub-micrométrica. Las aplicaciones típicas de la dispersión de luz dinámica son la caracterización de partículas que se han dispersado o disuelto en un líquido. El movimiento browniano de las partículas o moléculas en suspensión hace que la luz láser se disperse en diferentes intensidades. Del análisis de estas fluctuaciones de intensidad se obtiene la velocidad del movimiento browniano y, por lo tanto, el tamaño de partícula utilizando la relación de Stokes-Einstein:
D Ab= [kT / (6 TT r ps)] Ecuación de Stokes-Einstein deducida a partir de la teoría hidrodinámica, aplicable a la difusión de partículas coloidales a través de un disolvente que se comporta como un medio continuo. Dab: Constante de difusión; r: radio del soluto; ps: viscosidad del solvente; kb: constante de Boltzmann; T: temperatura; y TT: pi, número irracional.
El tamaño (diámetro hidrodinámico) y distribución de tamaño de las nanoburbujas de 1 -MCP estabilizadas fue determinado por dispersión de luz dinámica (DLS) con el equipo Nano Zetasizer Malvern, modelo ZEN 3600. Determinación de tamaño de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas mediante dispersión de luz dinámica
Los análisis de tamaño de nanoburbujas de 1-MCP modificadas, se llevaron a cabo mediante dispersión de luz dinámica (DLS) en un equipo Nano Zetasizer Malvern, modelo ZEN 3600, a una longitud de onda de 532 nm y un ángulo fijo de dispersión de 173°. La muestra líquida (1 mi) se midió con una cubeta de camino óptico de 1 cm. Se midieron 12 veces por triplicado para obtener una media de distribución de tamaño y su desviación estándar.
El potencial Z de las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas se determinó en un equipo Nano Zetasizer Malvern, modelo ZEN 3600 con una cubeta que consta de un capilar en forma de U que utiliza dos electrodos de placas paralelas planas (disposable capillary cell, Malvern Instrument, UK), se midieron 12 veces por triplicado con el objetivo de obtener medias y desviación estándar.
Además, las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas se caracterizaron con un equipo NanoSight NS3Q0, en el cual el análisis de rastreo de nanopartículas (NTA) utiliza las propiedades tanto de dispersión de luz como de movimiento browniano para obtener la distribución del tamaño de las partículas en muestras en una suspensión líquida. Un rayo láser se pasa a través de la cámara de la muestra, y las partículas en suspensión en el camino del haz dispersan la luz de tal manera que pueden verse fácilmente a través de un microscopio de 20 aumentos a una distancia de trabajo lejana, en el que está montada una cámara de video. La cámara captura un archivo de video de las partículas en estado de movimiento browniano. El software de análisis de rastreo de nanopartículas (NTA) realiza un seguimiento de muchas partículas individualmente y utiliza la ecuación Stokes- Einstein para calcular sus diámetros hidrodinámicos.
Nanosight proporciona mediciones de alta resolución del tamaño, concentración y agregación de las partículas, además proporciona monitoreo en tiempo real de cambios sutiles en las características de las poblaciones de partículas, con una validación visual para confirmar el análisis, en donde se analiza la permanencia de un tamaño nanométrico y una población o concentración de las nanoburbujas por mi y su permanencia en el tiempo.
Para determinar el tamaño y concentración de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en Nanosight las muestras fueron preparadas en agua MiliQ, posteriormente se tomó una alícuota de 1 mi con una jeringa desechable y se inyectó en equipo Nanosight.
Resultados a.- Producción de nanoburbujas por dispersión de gas 1-MCP en diferentes soluciones acuosas. Las nanoburbujas de 1 -metilciclopropeno se caracterizaron mediante DLS y Nanosight.
Los resultados indican que las nanoburbujas de 1-MCP obtenidas por método 1 , tienen una distribución de tamaño promedio de 90 nanómetros y un potencial Z de -10,6 eV.
Los resultados indican que las nanoburbujas de 1-MCP obtenidas por método 2, tienen una distribución de tamaño promedio de 100 nanómetros.
Nanosight Tabla 2. Resumen de resultados de tamaño (149,7 nm) y de concentración de nanoburbujas de 1 -MCP (3.95*107) obtenidas por método 2 de síntesis.
Resultados
Stats: Merged Data Mean: 147,7 nm
Mode: 126,0 nm
SD: 39,8 nm
D10: 101 .6 nm
D50: 132.6 nm
D90: 199,3 nm
Stats: Mean +/- Standard Error Mean: 149,7 +/- 8,2 nm
Mode: 150,0 +/- 25,1 nm
SD: 38,5 +/- 3,0 nm
D10: 102.4 +/- 9,8 nm
D50: 141 ,6 +/- 8,6 nm
D90: 196.4 +/- 9,9 nm
Concentration (Upgrade): 3,95 e+007 +/- 4,99 e+006
particles/ml
5,3 +/- 0,5 particles/frame
5,5 +/- 0,5 centres/frame Las nanoburbujas de 1 -MCP obtenidas mediante el método 1 , fueron caracterizadas en equipo Nanosight, los resultados indican que las nanoburbujas tienen un tamaño promedio de 147 nm, con una concentración de nanoburbujas por mL de 3,95*106 (Tabla 2). Tabla 3. Resumen de resultados de tamaño (148 nm) y de concentración de nanoburbujas de 1 -MCP (4.1 1 *107) obtenidas por método 2 de síntesis.
Resultados
Stats: Merged Data
Mean: 148,8 nm
Mode: 127,4 nm
SD: 59,3 nm
D10: 93,7 nm
D50: 130,1 nm
D90: 191 ,0 nm
Stats: Mean +/- Standard Error
Mean: 145,5 +/- 1 1 ,8 nm
Mode: 126,8 +/- 3,4 nm
SD: 45,5 +/- 17,4 nm
D10: 102,0 +/- 6,5 nm
D50: 138,5 +/- 8,7 nm D90: 212,5 +/- 39,1 nm
Concentration (Upgrade): 4,1 1 e+007 +/- 6,28 e+006
particles/ml
4,4 +/- 0,9 particles/frame
6,7 +/- 2,9 centres/frame
Las nanoburbujas de 1 -MCP obtenidas mediante el método 2, fueron caracterizadas en equipo Nanosight, los resultados indican que las nanoburbujas tienen un tamaño promedio de 148 nm, con una concentración de nanoburbujas por mL de 4,1 1 *107 (Tabla 3). Estudios de estabilidad de las nanoburbujas de 1-MCP modificadas
Para determinar la estabilidad de las nanoburbujas de 1 -MCP se realizó un análisis de dispersión dinámica de la luz y DLS y Nanosight en donde se analizaron la permanencia de un tamaño nanométrico y, una población o concentración de nanoburbujas por mL y su permanencia en el tiempo, para lo cual se realizaron los siguientes estudios:
Resultados a.- Evolución diámetro de nanoburbuia modificada vs Tiempo
Este análisis consistió en medir el tamaño de las nanoburbujas de 1 -MCP a diferentes tiempos de evolución; 1 , 2, 3, 24 y 192 horas (8 días, 1 mes, 6 meses, 1 año) a 4°C y 25°C.
Las nanoburbujas fueron almacenadas a 4°C y 25°C, durante 6 meses, observando que el almacenaje óptimo es a 4eC de temperatura. b.- Diámetro crítico vs. Tiempo de revolución
Este análisis consistió en medir diámetros críticos para diferentes tiempos de revolución del equipo homogenizador 10.000, 15.000, 20.000 y 25.000 RPM.
El diámetro óptimo se logró cuando se utilizó 25.000 RPM, mientras menor velocidad de aplicación se utilizaba, el diámetro se encontraba en el tamaño de las mieras. c.- Diámetro vs. diferentes tipos de azúcares a 1 hora del tiempo de evolución de las nanoburbujas. Durante la síntesis, la molécula de 1 -MCP se estabilizó con la sal de litio y NaCI (0,1 N). d.- Determinar concentración de 1-MCP mediante espectroscopia UV-Visible.
En este análisis se determinó mediante un barrido espectrofotométrico UV- visible en un rango entre 200 y 800 nanómetros. La mayor absorbancia se encontró a una longitud de onda de 220-300 nanómetros con una absorbancia máxima de 3.000 (u.a) correspondiente a una concentración 0,6% v/v. Nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares
Tamaño de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares determinado por dispersión de luz dinámica (DLS)
La Figura 5 muestra un resumen de porcentaje promedio de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares, según su diámetro en nanómetros (Size statistics Report). El software del equipo NanoZetasizer entrega un tamaño promedio de nanoburbujas de 322 nanómetros. Observaciones y/o conclusiones a partir del informe resumen entregado por el software del equipo nano zetasizer (Figura 5): se puede observar que las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares tienen un diámetro promedio de 322 nm.
Tamaño y concentración de nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares
La Figura 6 muestra la concentración de nanoburbujas (partículas/ml) v/s diámetro en nanómetros (Size nm) de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas con azúcares y resumen entregado por el software del equipo Nanosight del tamaño promedio de las nanoburbujas en nanómetros (nm) con una concentración determinada en nanoburbujas/ml.
Observaciones y/o conclusiones a partir del informe resumen entregado por el software del equipo Nanosight: se puede observar que las nanoburbujas de 1 - MCP modificadas con azúcares, tienen un diámetro promedio entre 171 ,8 nm +/- 15,8 nm y una concentración de 1 ,67*107 NBs/ml +/- 5,7*106 (Figura 6).
Los resultados obtenidos en DLS y Nanosight confirman que la superficie de las nanoburbujas de 1-MCP están modificadas y/o decoradas y estabilizadas con un azúcar.
Determinación de la eficacia de nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares - proceso post cosecha en plátanos
Diseño experimental: Para determinar la eficacia de las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en la inhibición de la acción de etileno, por ejemplo, en plátanos, se realizaron los siguientes pasos:
Se utilizaron tres grupos de plátanos con tres individuos cada uno. Los plátanos fueron separados en tres grupos los cuales fueron asperjados con agua, solución de 1-MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (NBS).
Después los frutos fueron expuestos a 1 ppm de etileno por 24 h para acelerar el proceso de maduración y posteriormente fueron evaluados diferentes parámetros.
Estos grupos de plátanos fueron colocados dentro de cajas plásticas selladas y sobre cada grupo se aplicó un tratamiento de interés (agua, solución de 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (NBS)) mediante aspersión. Los tratamientos fueron denominados: control (buffer PBS), SF (smartfresh) y NBS (nanoburbujas de 1 -MCP modificadas).
Posterior a la aplicación de los diferentes tratamientos, las cajas fueron selladas y se aplicó etileno a través de una septa situada en la tapa de cada caja utilizando una jeringa Hamilton obteniéndose en el interior de la caja una concentración de 1 ppm de etileno. Las cajas permanecieron cerradas durante 24 horas y una vez trascurrido este tiempo fueron abiertas. Se realizó un seguimiento fotográfico del color de la fruta utilizando un colorímetro. Cada individuo (plátano) fue evaluado de forma independiente cada 24 horas por aproximadamente una semana. En la Figura 8 se puede observar el diseño experimental en donde los plátanos fueron separados en tres grupos los cuales fueron asperjados con agua, solución de 1 -MCP en ciclodextrina (SF) y nanoburbujas de 1 - MCP modificadas (NBS). Después los frutos fueron expuestos a 1 ppm de etileno por 24 h para acelerar el proceso de maduración, y posteriormente fueron evaluados diferentes parámetros.
Resultados obtenidos:
Utilizando un colorímetro se logró registrar el cambio de color de los plátanos a lo largo del tiempo. Se utilizaron los índices L*, a* y b* (CIE 1976), que denotan los cambios de luminosidad y color en los rangos rojo-azul (a*) y azul-amarillo (b*) presentados en la Tabla 4. Se observó que en las primeras 72 horas los tres tratamientos presentaron un color muy similar, sin embargo, a las 96 horas de tratamiento el control cambió su color de verde a amarillo, indicando que este grupo comenzó a madurar. Tabla 4. Datos de color expresados como parámetros L*, a* y b* para cada tratamiento (control, 1-MCP en ciclodextrinas y NBS) a las 24, 48, 72, 96, 168 y 192 horas.
Tratamiento Tiempo (h) L* a* b*
Control Ó 53,07 -16,74 35,39
SF 0 55,65 -17,26 35,48
NBS 0 50,81 -15,65 32,31
Control 24 54,06 -13,67 35,23
SF 24 54,51 -14,49 35,15 NBS 24 52,50 -15,70 34,09
Control 48 52,90 -14,66 35,45
SF 48 52,74 -14,05 34,65
NBS 48 50,94 -15,46 33,01
Control 72 54,21 -13,97 37,82
SF 72 51 ,19 -13,65 32,39
NBS 72 50,97 -14,68 32,30
Control 96 60,53 :T23 42,13
SF 96 50,32 -13,1 1 32,21
NBS 96 51 ,40 -15,25 32,20
Control 68 64,01 2^5 49,02
SF 168 49,97 -12,52 31 ,74
NBS 168 48,73 -13,13 31 ,34
Control Ϊ92 62,94 5 2 49,31
SF 192 49,5 -12,2 31 ,69
NBS 192 49,87 -13,87 31 ,81
Este cambio de color también se evidenció con el registro fotográfico (Figuras 4A y 4B).
En la Figura 10 se observan las diferencias del valor a* (rango rojo-verde, CIE 1976) a lo largo del tiempo (0, 24, 48, 72, 96, 168 y 192 horas) para los tratamientos control (Rojo), SF (azul) y NBS (amarillo). Las barras representan la desviación estándar, * corresponde a las diferencias estadísticas utilizando Test Tukey p < 0,05. Se observa que el tratamiento control tuvo una evolución del color de la piel lo que se aprecia con un valor de a* positivo debido a la avanzada maduración, en comparación con los frutos tratados con 1 -MCP en ciclodextrina y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
En la Figura 1 1 se observan las diferencias del valor b* (rango amarillo-azul), CIE 1976) a lo largo del tiempo (0, 24, 48, 72, 96, 168 y 192 horas) para los tratamientos control (Rojo), SF (azul) y NBS (amarillo). Las barras representan la desviación estándar, * corresponde a las diferencias estadísticas utilizando Test Tukey p < 0,05. Al cabo de 192 h el control presentó un notorio color amarillo (49,31) debido a estado avanzado de maduración comparado con los frutos tratados con 1 -MCP en ciclodextrina y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
En la Figura 12 se observan las diferencias del valor L* (luminosidad, CIE 1976) a lo largo del tiempo (0, 24, 48, 72, 96, 168 y 192 horas) para los tratamientos control (Rojo), SF (azul) y NBS (amarillo). Las barras representan la desviación estándar. Los asteriscos señalan diferencias estadísticas utilizando Test Tukey p < 0,05. Estos resultados indican una maduración mayor en el tratamiento control y perdida del color verde, por tanto, la piel de los plátanos presentó una mayor luminosidad contrastada con los frutos tratados con 1 -MCP en ciclodextrina y nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
De los resultados se observa que, a partir de las 96 horas de monitoreo, los parámetros L*, a* y b* muestran un aumento significativo en el tratamiento control en comparación a SF y NBS. Estas diferencias se prolongan hasta el final de las pruebas realizadas (192 horas). Respecto a los tratamientos SF y NBS no se observan diferencias significativas para estos tratamientos a lo largo del experimento en ninguno de los parámetros evaluados, lo que señala un efectivo control de la maduración a pesar del desafío con 1 ppm de etileno.
El valor de a* (rango rojo-verde, CIE 1976) indica que mientras más negativo sea este valor, más cercana está la muestra a las tonalidades verdes. De esta misma forma el valor b* se mueve entre los colores azul y amarillo. Mientras mas positivo es este valor, más amarilla es la muestra. Con esta perspectiva se puede concluir que los plátanos control sufrieron una pérdida del color verde y una ganancia de color amarillo a partir de las 96 horas. En contraste, los tratamientos SF y NBS no presentaron cambios relevantes a lo largo de las pruebas realizadas. El cambio de color desde el verde al amarillo es parte de la maduración normal de un plátano, lo que indica que los tratamientos SF y NBS sufrieron un retraso en su maduración a diferencia del tratamiento control.
Determinación de sólidos solubles
Para llevar a cabo este ensayo se extrajo pulpa de cada individuo (plátano) que se homogenizó utilizando un mortero de cerámica, se colocó en un tubo y centrifugó a 20.000 x g por 5 minutos. Luego, se utilizó una gota del sobrenadante y se midió el contenido de sólidos solubles utilizando un refractómetro digital. En la Tabla 5 se muestra el contenido de sólidos solubles (Grados Brix).
Tabla 5. Contenido de Solidos solubles (Grados Brix) 1 - MCP NBS de 1-MCP
Control
ciclodextrina modificada
33,1 8,6 6,3
33,4 7,5 6,3
36,6 6,6 7,8
Figure imgf000036_0001
El contenido de sólidos solubles en la industria es utilizado como indicador de madurez. En el caso de las pruebas realizadas se observa que el control presenta 34,4 grados Brix en comparación a los tratamientos 1 -MCP ciclodextrina y NBS, los cuales presentan respectivamente 7,6 y 6,8 grados Brix. Esto indica que el tratamiento control se encontraba totalmente maduro al finalizar el experimento, a diferencia de lo que ocurre con los tratamientos con 1 -MCP ciclodextrina y NBS. Estos azúcares, preferentemente sacarosa, proviene de la degradación paulatina del almidón a lo largo de la maduración. Diseño experimental de aplicación de nanoburbujas de 1-MCP modificadas con azúcares en cerezos, aplicación en terreno
El objetivo de este estudio fue determinar si la aplicación mediante aspersión de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en cerezos antes de realizar la cosecha de cerezas tiene efecto en la conservación de la coloración verde de los rabos de cerezas.
Los estudios de aplicación mediante aspersión de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en terreno fueron realizados en árboles de cerezos (Prunus cerazus), se eligió un predio ubicado en la séptima región, donde se seleccionaron tres árboles de cerezos de tres metros de altura aproximadamente, los cuales fueron marcados con cintas de color rojo, los cerezos fueron seleccionados con una separación entre ellos de al menos 5 metros (Figura 13). Posteriormente, se aplicó mediante aspersión 500 ml_ de la muestra de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas a los cerezos seleccionados (Figura 14).
La cosecha de cerezas se realizó 24 horas post aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas.
Diseño experimental de evaluación de efectividad de nanoburbujas de 1-MCP modificadas
Para determinar la eficacia de las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en la inhibición de la acción de etileno post cosecha de los rabos de cerezas, se realizaron las siguientes pruebas para lo cual se utilizaron tres grupos de cerezas con tres individuos cada uno. Estos grupos de cerezos fueron almacenados dentro de cajas plásticas selladas y sobre cada grupo se etiquetó como Grupo 1 : cerezas sin tratamiento, que corresponden a cerezas sin aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas. Grupo 2: cerezas con tratamiento, en donde a las cerezas se les aplicó nanoburbujas de 1 -MCP modificadas 24 horas antes de la cosecha. La técnica utilizada para la conservación de cerezas fue la refrigeración, las cerezas que fueron tratadas con nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (Cerezas con tratamiento) y las cerezas sin tratamiento (Cerezas sin tratamiento) fueron almacenadas durante 30 días a 0 ± 0,5eC de temperatura con una humedad relativa del 95%.
Las cajas permanecieron cerradas durante 30 días y una vez trascurrido este tiempo fueron abiertas. Se realizó un seguimiento del color del rabo del cerezo. Cada individuo (cerezo) fue evaluado de forma independiente.
Diseño experimental de aplicación de 1-MCP en arándanos en terreno.
El objetivo de este estudio fue determinar si la aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en arándanos (Vaccinium myrtillos) pre- cosecha, tiene efecto en la conservación de arándanos almacenados durante 30 días post cosecha.
Los estudios de aplicación de nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en terreno fueron realizados en arándanos, en un predio ubicado en la séptima región, donde se seleccionaron tres arbustos de arándanos de 1 ,5 metros de altura aproximadamente (Figura 15). Los arbustos seleccionados fueron marcados con cintas de color naranjo y fueron seleccionados con una separación entre ellos de al menos 3 filas (Figura 16).
Una vez seleccionados los arbustos y marcados, se le aplicó la muestra con nanoburbujas de 1 -MCP modificadas (arándanos con tratamiento), se esperó alrededor de una hora luego de la aplicación del tratamiento y se prosiguió a la cosecha de Grupo 1 : arándanos sin tratamiento, Grupo 2: arándanos con tratamiento (Figura 17). Los arándanos fueron almacenados y conservados en refrigeración a 0 +/- 0,5eC de temperatura durante 30 días con una humedad relativa del 95%.
Para determinar la eficacia de las nanoburbujas de 1 -MCP modificadas en la inhibición de la acción de etileno post cosecha, en arándanos, se realizó las siguientes pruebas en donde se utilizaron tres grupos de arándanos (1. Blanco sin tratamiento, dos grupos con tratamiento).
Estos grupos de arándanos fueron almacenados dentro de cajas plásticas y sobre cada grupo se etiquetó como Grupo 1(a): arándanos sin tratamiento, Grupo 2 (b y c): arándanos con tratamiento. Las cajas permanecieron cerradas durante 30 días y una vez trascurrido este tiempo fueron abiertas y, se realizó un seguimiento del color arándano.
Resultados
Diseño experimental de aplicación de nanoburbujas de 1-MCP modificadas en cerezos, aplicación en terreno. Transcurrido el tiempo de almacenamiento bajo refrigeración a 0 +/- 0,5eC de temperatura durante 30 días, de las cerezas con tratamiento y cerezas sin tratamiento, se pudo observar que las cerezas con tratamiento (Figura 18) mantuvieron la coloración verde del rabo de cerezas (Figura 19), a diferencia de las cerezas control sin tratamiento (Figura 20) que cambiaron a la coloración café oscura (Figura 21 ).
Diseño experimental de aplicación de 1-MCP en arándanos en terreno. Transcurrido el tiempo de almacenamiento bajo refrigeración a 0 +/- 0,5eC de temperatura durante 30 días, de los arándanos con tratamiento y arándanos sin tratamiento (Figura 22), se pudo observar que los arándanos con tratamiento (Figura 23b y 23c) mantuvieron la coloración a diferencia de los arándanos sin tratamiento, los cuales se oscurecieron en el tiempo (Figura 23a).

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Nanoburbuja estable, CARACTERIZADA porque comprende un inhibidor de etileno y al menos un azúcar de uso alimentario.
2. La nanoburbuja de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el inhibidor de etileno es metilciclopropeno (1 -MCP).
3. La nanoburbuja de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el azúcar de uso alimentario se selecciona del grupo que consiste en ásteres de sacarosa, maltodextrinas, almidón de diferentes tipos, hidroximetil celulosa, disacáridos y monosacáridos.
4. La nanoburbuja de acuerdo con la reivindicación 3, CARACTERIZADA porque el rango de concentración del azúcar de uso alimentario en la nanoburbuja estable varía entre 0,01 - 3 ppm.
5. Composición estable, CARACTERIZADA porque comprende una nanoburbuja estable de acuerdo con la reivindicación 1 .
6. La composición de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADA porque la concentración de nanoburbujas estables en una solución acuosa varía entre 0,01 ug/L - 3,0 ug/L.
7. La composición de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADA porque el tamaño de las nanoburbujas estables varía entre 50 y 600 nanómetros, preferiblemente entre 100 y 200 nanómetros.
8. Método de preparación de las nanoburbujas de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende las etapas de preparar in situ las nanoburbujas y estabilizarlas con un azúcar de uso alimentario.
9. Uso de la nanoburbuja de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque sirve para inhibir la acción del etileno en diferentes procesos biológicos.
10. El uso de acuerdo con la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los procesos biológicos están relacionados con la maduración de frutos, inhibición de procesos asociados a senescencia y pérdida de clorofila en órganos vegetales bajo condiciones de estrés.
1 1. Uso de una nanoburbuja estable, CARACTERIZADO porque sirve para reducir la acción del etileno en el metabolismo de una planta.
12. El uso de acuerdo con la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque hace a la planta menos susceptible al estrés hídrico, estrés por baja temperatura, estrés por condiciones del suelo entre otros.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023030579A (ja) * 2021-08-23 2023-03-08 日特建設株式会社 ナノバブル濃度の評価システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6762153B2 (en) * 2001-10-18 2004-07-13 Rohm And Haas Company Delivery system for cyclopropenes
WO2014113375A2 (en) * 2013-01-15 2014-07-24 Agrofresh Inc. Compositions and methods for stabilizing cyclopropene in solutions

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130216657A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Empire Technology Development Llc Food-preservation devices and methods of use
IN2013MU02919A (es) 2013-09-11 2015-07-03 Indian Inst Technology Bombay
CN104353088A (zh) 2014-09-30 2015-02-18 东南大学 一种脂质气泡的制备方法
US9968692B2 (en) 2014-10-02 2018-05-15 Purdue Research Foundation Nanobubbles
WO2021222753A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 Rlmb Group, Llc Modular mobile treatment and precooling apparatus, methods, & systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6762153B2 (en) * 2001-10-18 2004-07-13 Rohm And Haas Company Delivery system for cyclopropenes
WO2014113375A2 (en) * 2013-01-15 2014-07-24 Agrofresh Inc. Compositions and methods for stabilizing cyclopropene in solutions

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHRISTINE L. HENRY AND VINCENT S. J. CRAIG: "Inhibition of Bubble Coalescence by Osmolytes: Sucrose , Other Sugars, and Urea", LANGMUIR, vol. 25, no. 19, 2 July 2009 (2009-07-02), pages 11406 - 11412, XP055743191 *
JEREMIAH C. MILLARE, BLESSIE A. BASILIA: "Nanobubbles from Ethanol-Water Mixtures: Generation and Solute Effects via Solvent Replacement Method", CHEMISTRYSELECT, vol. 3, no. 32, 27 August 2018 (2018-08-27), pages 9268 - 9275 *
NGUYEN, L. ET AL.: "Evaluation of the 1-MCP microbubbles treatment for shelf-life extension for melons", POSTHARVEST BIOLOGY AND TECHNOLOGY, vol. 150, 2 January 2019 (2019-01-02), pages 89 - 94, XP085583567, DOI: 10.1016/j.postharvbio.2018.12.017 *
NUTTHACHAI PONGPRASERT, VARIT SRILAONG: "A novel technique using 1-MCP microbubbles for delaying postharvest ripening of banana fruit", POSTHARVEST BIOLOGY AND TECHNOLOGY, vol. 95, September 2014 (2014-09-01), pages 42 - 45, XP055743186 *
PONGPRASERT, N. ET AL.: "Using of 1-MCP Micro- and Nano- Bubbles as a Novel Postharvest Technique for Delaying Postharvest Ripening of Banana Fruit", AGRICULTURAL SCI. J., vol. 43, no. 3, 2012, pages 284 - 287 *

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